KR100915111B1 - 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스 - Google Patents

풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스

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KR100915111B1
KR100915111B1 KR1020067008626A KR20067008626A KR100915111B1 KR 100915111 B1 KR100915111 B1 KR 100915111B1 KR 1020067008626 A KR1020067008626 A KR 1020067008626A KR 20067008626 A KR20067008626 A KR 20067008626A KR 100915111 B1 KR100915111 B1 KR 100915111B1
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light
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지리 리
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모토로라 인코포레이티드
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Abstract

풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스(100)는 초당 적어도 75 단색 프레임들의 레이트를 갖는 고속 응답 액정 디스플레이(105), 3가지 컬러들 중 선택된 컬러를 갖는 단색 광 빔을 방출할 수 있는 고속 응답 LCD 후방의 투명 패널 광원(140), 및 투광 패널 광원으로부터 발산되는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 투명 패널 광원 후방의 광기전력 전지를 포함한다. 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스(100)는 고속 응답 LCD에 결합된 정보를 동기화시키고 3가지 컬러들의 일련의 단색 광 빔들을 방출하게 투명 패널 광원을 제어하는 제어기(160)를 또한 포함할 수 있다.

Description

풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스{A photocell device integrated into a full color display}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2002년 6월 25일에 출원되고 본 출원의 양수인에게 양도된 발명의 명칭이 "컬러 디스플레이 및 태양 전지 디바이스(COLOR DISPLAY AND SOLAR CELL DEVICE)"인 공동 계류중인 출원 미국일련번호 제 10/205458 호를 참조한다.
멀티미디어 애플리케이션들이 셀룰라 전화들, 및 개인용 휴대정보 단말기(Personal Digital assistant) 및 이북들(ebooks)과 같은 다른 핸드헬드 디바이스들(handheld devices)에서 쉽게 이용할 수 있게 됨에 따라, 디바이스들의 전력 소비가 증가한다.
이러한 전력 소비의 증가는 많은 애플리케이션들의 사용에 제한을 가하고, 셀룰라 핸드셋 제조자들이 직면하게 된 도전 과제들 중 하나이다. 단색 액정 디스플레이들을 구비한 셀룰라 전화들에서 이러한 문제를 해결하기 위해서, 비상시 또는 대기시 사용을 위해 주변 광 에너지를 모으도록 STN 디스플레이 후방에서의 태양 전지판(solar panel)의 통합이, 예를 들면, 2002년 5월 정보 디스플레이 학회(the Society for Information Display)에 의해 공개된 "LCD로 통합된 광기전력 전지(Photovoltaic Cell Integrated into an LCD)" (Society of Information Display Digest of Technical Papers, Vol XXXIII, No. 1, 페이지 190-193, 저자들: Zili Li, P. Desai, D. Voloschenko, and M. Smith) 기술논문에 기재되어 있다. 이러한 보조 전원은 단색 디스플레이의 통합된 부분이다. 그러나, 단색 디스플레이는 빠르게 컬러 디스플레이들로 대치되고 있어, 컬러 디스플레이들을 갖춘 전화들 및 다른 휴대용 디바이스들을 위한 보조 전력의 필요성이 존재한다.
도 1은 본 발명에 따라, 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 태양 전지 디바이스(100)(여기서는 간단히 디바이스(100)라 칭함)에 대한 입면도와 디바이스(100) 및 전기적 구성요소들의 전기 블록도를 함께 도시한 도면.
본 발명은 예로서 예시되며, 동일 구성요소에 동일 참조부호를 사용한 첨부한 도면으로 한정되지 않는다.
당업자들은 도면들에서의 구성요소들이 간이성 및 명료성을 위해 예시되고 반드시 축척에 맞게 도시된 것은 아님을 알 것이다. 예를 들면, 도면들에서 일부 구성요소들의 크기들은 본 발명의 실시예들의 이해를 높이는데 도움이 되게 다른 구성요소들에 비해 과장되어 있을 수 있다.
본 발명에 따라 특정의 컬러 디스플레이에 포함되는 태양 전지를 상세히 기술하기 전에, 본 발명은 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 태양 전지에 관계된 방법 단계들 및 장치 구성요소들의 조합들에 주로 놓여 있음을 알아야 할 것이다. 따라서, 도면에 통상의 기호들로 적절한 곳에 장치 구성요소들 및 방법 단계들을 나타내어, 여기 기술된 잇점을 갖는 당업자들에게 쉽게 명백할 상세로 본 개시가 모호하게 되지 않도록 본 발명의 이해에 관계된 구체적인 상세들만을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따라, 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 태양 전지 디바이스(100)(여기서는 간단히 디바이스(100)라 칭함)의 실시예의 입면도와 디바이스(100) 및 전기적 구성요소들의 전기 블록도를 함께 도시한 것이다. 디바이스(100)는 고속 응답 액정 디스플레이(LCD)(105), 투명 패널 광원(140)(또한, 간단히 투명 패널광이라도 칭함), 및 광전지(150)를 포함한다. 고속 응답 LCD(105)(또한, 간단히 액정 디스플레이(105)라 칭함)은 거의 투명한 전방판(110), 대향한 거의 투명한 후방판(120), 고속 응답 액정 물질(130), 및 전극들(도 1에 도시되지 않음)을 포함하고, 전방 편광기(125) 및 후방 편광기(135)를 포함할 수 있다. 전극들은 전방판 및 후방판(110, 120)의 없어서는 안될 부분으로 간주될 수 있다. "실질적으로 투명한(substantially transparent)" 이라는 것은 전방판(110)에 입사되는 적외 및 가시광 에너지의 적어도 70%를 투과시킨다는 것을 의미한다. 예를 들면, 전방 및 후방판들(110, 120)은 전극들과 같은 코팅들을 제외하고, 통상적으로 가시광에 대해 적어도 70% 투과성이 있는 깨끗한 유리일 수 있다. 대안적으로, 전방판(110) 및 후방판(120)은 당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 거의 투명한 플라스틱일 수 있다. 액정 물질(130)은 잘 알려져 있는 종래 기술 지식 및 기술에 따라 이들 두 개의 판들(110, 120) 사이의 공간을 채운다. 이 실시예에서, 액정 물질(130)은 바람직하게는 슈퍼트위스티드 네마틱(supertwisted nematic) 또는 트위스티드 네마틱(twisted nematic) 액정 물질을 포함하고, 이 경우 전방 및 후방 편광기들이 고속 응답 LCD(105)에 포함되지만, 콜레스테릭 물질(cholesteric material), 또는 폴리머 분산 액정 물질(polymer dispersed liquid crystal material)과 같은 다른 액정 물질이 사용될 수도 있을 것이다. 액정 물질(130)이 콜레스테릭일 때, 고속 응답 LCD(105)는 전방 및 후방 편광기들(110, 120)을 포함할 필요가 없다. 투명 콘택트들(ITO)과 같은 전극들은 고속 응답 LCD(105)의 전방판(110)과 후방판(120) 사이에 액정 화소들의 패턴, 또는 어레이를 형성하기 위해 이 기술분야에 잘 알려져 있는 방식으로 LCD 물질(130)의 전방 표면 및 후방 표면 상에 배치된다. 즉 개개의 화소들은 잘 알려진 방식으로, 이를 통과하는 선형 편광된 광의 회전량을 결정하기 위해서 종래의 디스플레이 제어 회로(도 1 내지 도 8에 도시되지 않음)에 의해 전기적으로 제어될 수 있다. LCD(105)는 능동 또는 수동 액정 디스플레이로서 구현될 수 있다. 도 1에는 전방 편광기(125)가 전방판(110) 앞에 위치되는 것으로서 도시되었다. 전방판에 본딩될 수 있는 선형 편광기인 것이 바람직하다. 대안적으로 전방 편광기(125)는 전방판(110)과 액정 물질(130) 사이에 배치될 수도 있다. LCD 디스플레이의 앞에 있는 표면이 전방측이다(예를 들면, 전방판(110) 앞에 있을 때 편광기(125)의 전방 표면). 후방 편광기(135)는 선형 편광기인 것이 바람직하고, 액정 디스플레이의 후방판(120)에 거의 평행하고 그에 근접하게, 바람직하게는 액정 디스플레이 패널의 후방판(120) 뒤쪽에 인접하여 배치될 수 있다. 대안적으로, 후방 편광기(135)는 후방판(120)과 액정 물질(130) 사이에 배치될 수 있다. 고속 응답 LCD(105)의 뒤쪽 표면은 고속 응답 LCD(105)의 후방측이다(예를 들면, 후방판(120) 뒤에 있을 때 후방 편광기(135)의 후방측). 따라서, 고속 응답 LCD(105)는 거의 투명한 전방판(110), 대향하는 거의 투명한 후방판(120), 액정 물질(130), 및 전극들을 포함하고, 편광기들(125, 135)은 고속 응답 LCD(105)가 제조자에 의해 납품된 후에 추가될 수 있기 때문에, 액정 물질(130)에 관계없이 사용되는 편광기들(125, 135)을 포함할 수 있다. 고속 응답 LCD(105)는 종래의 디스플레이 패널들, 예를 들면 보상판에 포함된 임의의 수의 다른 아이템들을 포함할 수 있다. 고속 응답 LCD(105)는 단색의 이미지 정보의 3개의 서브-컬러 프레임들을 포함하는 하나의 풀 컬러 정보 프레임이, 투명 패널 광원(140)에 의해 방출되는 순차적인 3가지 컬러 광과 동기하여 표현될 때에, 의도된 주변 광 환경에 적합한 콘트라스트 비로, 초당 25 프레임들의 레이트로 표현될 수 있을 정도로 충분히 짧은 스위칭 지연을 갖도록 설계되는 유형의 것이다. 따라서, 고속 응답 액정 디스플레이(LCD)(105)는 초당 적어도 75 단색 프레임들로 레이팅된 것이라 할 수 있다. 동화상에 있어서의 움직임 아티팩트들을 더욱 감소시키기 위해서, 60Hz 이상의 프레임 레이트가 순차형 풀 컬러 디스플레이에 흔히 사용된다. 같은 이유로, 고속 응답 단색 액정 디스플레이(105)는 바람직하게는 적어도 180Hz의 서브-컬러 프레임 레이트로 동작될 수 있다.
투명 패널 광원(140)은 3가지 주요 컬러들 중 하나가 되도록 선택된 광의 단색(혹은 협대역) 소스를 방출할 수 있고, 상당 부분(196)(예를 들면, 적어도 대략적으로 50%, 보다 바람직하게는 90% 이상)이 디바이스(100)의 앞쪽을 향해 고속 응답 LCD(105)를 통해 지향되는, 패널 광원인 것이 바람직하다. 이것은 투명 패널 광원(140)의 앞쪽에 입사하는 주변 광(197)의 상당 퍼센트(이를테면 적어도 50%)가 특히 광원(140)이 오프될 때 광전지(150)에 통과할 정도로 투명하다. 광의 세기가 고속 응답 LCD(105)의 영역에 걸쳐 거의 균일함을 강조하기 위해서 패널 광원으로서 기술된다. 투명 패널 광원(140)은 투명하여 원하는 콘트라스트 비를 달성하기에 충분한 세기의 일련의 3가지 단색 광 빔들을 제공하는 임의의 적합한 기술일 수 있다. 예를 들면, 3개의 단색광 방출기들과 같은 3색 광(tri-color light)으로부터 광을 고속 응답 LCD(105)의 후방으로 안내하는 광 파이프일 수 있다. 방출기들은 예를 들면 발광 다이오드들, 혹은 본래 3개의 점원들(고속 응답 LCD 어레이(106)에 비교하여) 중 하나인 것으로부터 광을 방출하는 레이저들일 수 있다. 그러면 광 파이프는 광이 고속 응답 LCD(105)의 영역에 걸쳐 거의 균일하도록 광을 안내하여 확산시킨다.
대안적 실시예에서, 투명 패널 광원(140)은, 근본적으로 투명하고 고속 응답 LCD 어레이의 영역과 동등한 영역으로부터 직접 광을 방출하는 물질들을 사용하여 구현된다. 이러한 유형의 투명 패널 광원(140)의 예는 적층된 투명 적색, 녹색, 및 청색의 유기 발광 물질들의 층들 및 투명 전극들이나, 적색, 녹색 및 청색 유기 발광 물질들 및 투명 전극들의 화소로 된 배열을 포함하는 3색 투명 유기 발광 다이오드 패널일 것이다.
광전지(150)는 고속 응답 LCD(105) 뒤쪽에 배치되며, 결합층(140)은, 마찬가지로 고속 응답 LCD(105)의 후방에 결합되는 투명 패널 광원(140)에 광전지(150)를 결합한다. 결합층(140)은 예를 들면 특정 애플리케이션에 적합한 투명 접착 물질로 구성될 수 있다. 원한다면, 그리고 고속 응답 LCD(105)의 영역 및/또는 원하는 전기적 구성에 따라, 복수의 광전지들(150)이 점선(190)으로 제시된 바와 같이 이용될 수 있다.
광전지(150)는, 이 기술분야에서 이해되는 바와 같이, 광 수신 활성 표면을 갖는다. 대부분의 애플리케이션들에 있어서, 디바이스(100)의 외양은 광 수신 활성 표면이 균일한 외양, 통상적으로 어두운 색조의 외양, 및 비반사 표면을 갖는다면 향상될 것이다. 대부분의 애플리케이션들에 있어서, 흑색 혹은 거의 흑색의 비반사 표면이 최적일 것이다.
디바이스(150)는 제어기(160) 및 전원(10)에 결합될 수 있다. 몇몇 인스턴스들에 있어서, 디바이스(150)는 판매를 위해 제어기(160) 및/또는 전원(170)을 포함하게 제조될 수도 있다. 제어기(160)는, 예를 들면, 내장된 프로그램 명령들 및 입력/출력 제어 라인들을 포함하는 단일 집적 회로를 포함할 수도 있고, 또는 상태 머신을 포함할 수도 있고, 또는 종래의 마이크로프로세서 집적 회로들의 부분들 및 다른 회로들, 이를테면 LCD 디스플레이 드라이버 회로들의 조합을 포함할 수도 있다. 제어기(160)는 신호(161)에 의해 고속 응답 LCD(105)의 전극들에 결합된다. 전극들은 각 화소의 투과율을 제어하는 신호(161)의 전위들을 도통시키기 위해 통상의 열 및 행의 행렬 형상으로 배치된 전극들이다. 제어기(160)는 고속 응답 LCD(105)가 온일 때, 광원이 고속 응답 LCD(105)의 영역에 걸쳐 거의 균일하게 확산되는 3개의 본래 단색의 광빔들을 발생하게 하는, 신호(162)에 의해 투명 패널 광원(140)에 또한 결합된다. 제어기(160)는 고속 응답 LCD(105)에 결합된 비디오 정보와 투명 패널 광원(140)에 의해 방출되는 3가지 컬러들의 일련의 단색 광빔들을 사람 인지가 풀 컬러 디스플레이로 인지되게 하는 레이트, 이를테면 3개의 단색 프레임들을 포함하는 각 프레임을 초당 25 프레임들로, 동기화시킨다. 비디오 정보는 투명 패널 광원(140)에 의해 방출되는 3가지 컬러들 중 하나에 각각, 3개의 그레이 스케일 단색 프레임들로서 구성된다.
고속 응답 LCD(105)가 온 또는 오프이든지, 고속 응답 LCD(105)의 전방에 입사하는 광의 상당 부분은 편광기들(125, 135), 액정 물질(130), 투명 패널 광원(140) 및 투명 패널 광원(140)을 통과할 것이며, 투명 광원(140)에서 발산하여 광전지(150)로 들어가, 신호(151)에 의해 전원에 결합되는 보조 전력을 발생시킴을 알 것이다. 전력은 신호(171)에 의해 고속 응답 LCD(105)에 되돌아 결합되고/되거나 신호(181)에 의해 배터리(180)에 결합될 수 있게 적절하게 수정되며, 여기서 전력은 디바이스(100)를 포함하는 장치 내에 있을 수 있는 다른 전자 구성요소들에 저장 또는 분배될 수 있다. 이러한 장치들의 예들은 셀룰라 전화들, 휴대 게임들, PDA들, 및 배터리들로 동작하는 다른 개인용 전자 장치들이다.
고속 응답 LCD(105)가 온일 때, 광전지(150)를 향하여 광원에 의해 방출되는 어떤 광에서의 에너지의 가능한 누설이 또한 투명 패널 광원(140)으로부터 발산하여(198) 전위로 변환됨으로써 조명 누설들의 일부를 재활용하여 보조 전력을 생성하는데 사용될 수 있음을 또한 알 것이다. 이러한 누설은 광원(140)에 의해 방출되는 광의 10% 미만일 것이 바람직하다.
본 발명의 몇몇 양상들의 요약은, 액정 디스플레이와, 3가지 컬러들 중 선택된 컬러를 갖는 단색 광 빔을 방출할 수 있는 LCD 후방의 투명한 패널 광원과, 투명 패널 광원으로부터 발산되는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 투명 패널 광원 후방에 광기전력 전지를 포함하는 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스라는 것이다.
전술한 명세에서, 본 발명 및 그 이익과 이점들을, 구체적인 실시예들을 참조하여 기술하였다. 그러나, 당업자는 이하 청구항들에 개시된 본 발명의 범위 내에서 다양한 수정들 및 변경들이 행해질 수 있음을 안다. 따라서, 명세서 및 도면들은 한정의 의미가 아닌 예시로 간주되어야 할 것이며, 모든 이러한 수정예들은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이다. 이익들, 이점들, 문제들에 대한 해결책들, 및 임의의 이익, 이점 혹은 해결책이 생기게 하는 혹은 더욱 명료해지게 할 수 있을 임의의 요소(들)이든, 청구항들 중 어느 하나 혹은 모든 청구항들의 결정적, 혹은 필수적 특징들 또는 요소들로서 해석되는 것은 아니다.
여기서 사용되는, "발산하다(emanate)"라는 용어는 제 1 측의 층을 통해 이로부터 투과하는 광, 또는 제 1 측으로부터 층에 의해 방출되고 있는 광, 또는 이들 둘의 혼합을 말한다. "포함하다(comprise)"라는 용어는 비배타적 포함도 포괄하는 것으로서, 열거된 요소들을 포함하는 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치가 이들 요소들만을 포함하는 것이 아니라 명백히 열거되지 않은 또는 이러한 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치에 본연의 다른 요소들도 포함할 수 있다. 여기 사용되는 "구비하다(include 및/또는 having)"라는 용어는 포함하다로서 정의된다. 전기-광학 기술을 참조로 여기 사용한 "결합된(coupled)"이라는 용어는 연결됨으로서 정의되나, 반드시 직접적으로, 반드시 기계적으로의 연결은 아니다.
여기 사용된 "프로그램(program)" 이라는 용어는 컴퓨터 시스템에서 실행을 위해 설계된 일련의 명령들로서 정의된다. "프로그램(program)" 혹은 "컴퓨터 프로그램(computer program)"은 서브루틴, 함수, 절차, 객체 방법, 객체 구현, 실행가능한 애플리케이션, 애플릿, 서블릿(surblet), 소스 코드, 객체 코드, 공유 라이브러리/다이나믹 로드 라이브러리 및/또는 컴퓨터 시스템에서 실행을 위해 설계된 다른 일련의 명령들을 포함할 수 있다.

Claims (10)

  1. 풀 컬러 디스플레이(full color display)에 포함되는 광전지 디바이스(photocell device)에 있어서,
    액정 디스플레이;
    3가지 컬러들 중 선택된 컬러를 갖는 단색 광 빔을 방출할 수 있는 상기 액정 디스플레이 후방의 투명 패널 광원; 및
    상기 투명 패널 광원으로부터 발산하는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 상기 투명 패널 광원 후방의 광기전력 전지를 포함하는, 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 패널 광원은,
    상기 3가지 컬러들 중 선택된 컬러를 갖는 상기 단색 광 빔을 방출할 수 있는 3색(tri-color) 광 방출기; 및
    상기 액정 디스플레이 어레이를 통해 순차적인 3색 광 방출기로부터 광을 안내하는 광 파이프를 포함하는, 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 패널 광원은 상기 3가지 컬러들 중 선택된 컬러를 갖는 상기 단색 광 빔을 방출할 수 있는 3색 유기 발광 다이오드 어레이인, 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이에 결합된 정보와 상기 투명 패널 광원에 의해 방출된 3가지 컬러들의 일련의 단색 광 빔들(a sequence of monochromatic light beams)을 동기화하는 제어기를 더 포함하는, 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이는 단색 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이(monochromatic twisted nematic LCD), 단색 슈퍼 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이(monochromatic super twisted nematic LCD), 폴리머 분산 액정 디스플레이(polymer dispersed liquid crystal display;PDLCD) 및 콜레스테릭 액정 디스플레이(cholesteric LCD) 중 하나인, 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 패널 광원으로부터 발산하는 광은 상기 액정 디스플레이를 통과하는 주변 광과 상기 투명 패널 광원에 의해 방출되는 광 중 적어도 하나를 포함하는, 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전지는 어둡고 실질적으로 비반사성인 표면을 포함하는, 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이는 초당 적어도 75 프레임들로 레이팅(rated)되는, 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스.
  9. 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지를 구비한 전자 장치에 있어서,
    고속 응답 액정 디스플레이 패널;
    상기 고속 응답 액정 디스플레이 패널 후방의 투명 패널 광원;
    단색 고속 응답 액정 디스플레이 패널 후방의 광전지; 및
    상기 단색 고속 응답 액정 디스플레이 패널에 결합된 컬러 정보와 동기하여 상기 투명 패널 광원에 의해 방출되는 3가지 컬러들의 일련의 단색 광 빔들을 초당 적어도 75 단색 프레임들의 레이트로 발생시킴으로써 상기 풀 컬러 디스플레이상에 컬러 정보를 나타내는 제어기를 포함하고, 상기 광전지는 상기 투명 패널 광원으로부터 발산하는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는, 전자 장치.
  10. 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스를 동작시키는 방법에 있어서,
    반복되는 일련의 3가지 단색 광 빔들을 초당 적어도 75의 레이트(rate)로 방출하도록 초당 적어도 75 프레임들로 레이팅된 고속 응답 액정 디스플레이 후방에 배치된 투명 패널 광원을 제어하는 단계;
    상기 고속 응답 액정 디스플레이에 결합된 단색 정보의 프레임들을 상기 일련의 3가지 단색 광 빔들에 동기화시키는 단계; 및
    상기 투명 패널 광원으로부터 발산하는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계를 포함하는, 풀 컬러 디스플레이에 포함되는 광전지 디바이스 동작 방법.
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